RU2199033C2

RU2199033C2 - Stator of gas turbine engine compressor

Info

Publication number: RU2199033C2
Application number: RU2001103481/06A
Authority: RU
Inventors: А.И. Тункин; Ю.А. Крючков; А.А. Чернавин; В.А. Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compressors. SUBSTANCE: proposed stator has turnable ring installed on housing by means of rollers and L-shaped ring. Turnable ring is furnished with circumferential projections connected by fastener in place of roller mounting. Grooves are made in circumferential projections. Ratio of width of turnable ring to depth of groove is 1.5-4. EFFECT: improved efficiency and reliability of stator. 4 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного и авиационного применений. The invention relates to gas turbine engines of ground and aviation applications.

Известен статор компрессора газотурбинного двигателя, направляющие лопатки которого крепятся к наружному корпусу и внутреннему кольцу с помощью цилиндрических цапф [1]. Known compressor stator of a gas turbine engine, the guide vanes of which are attached to the outer casing and the inner ring using cylindrical pins [1].

Недостатком такой конструкции является жесткое крепление лопаток направляющего аппарата к корпусу, что может вызвать потерю газодинамической устойчивости компрессора и двигателя в целом. The disadvantage of this design is the rigid fastening of the blades of the guide apparatus to the housing, which can cause a loss of gas-dynamic stability of the compressor and the engine as a whole.

В известной конструкции для обеспечения газодинамической устойчивости компрессора, особенно на переходных режимах, статор компрессора выполняется с поворотными лопатками направляющих аппаратов, которые поворачиваются с помощью рычагов, соединенных с тяговыми поворотными кольцами [2]. In a known design to ensure gas-dynamic stability of the compressor, especially in transient conditions, the compressor stator is made with rotary blades of guide vanes, which are rotated using levers connected to traction rotary rings [2].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за возможности заклинивания жесткого поворотного тягового кольца и помпажа компрессора. The disadvantage of this design is its low reliability due to the possibility of jamming of a rigid rotary traction ring and surge of the compressor.

Рычаги, с помощью которых поворотные направляющие лопатки соединены с тяговым кольцом, из-за наличия допусков на изготовление выполняются разной длины, а при отсутствии регулирующих элементов это приводит к увеличению усилий при повороте направляющих лопаток и снижению кпд, в предельном случае это может приводить к заклиниванию всего механизма поворота лопаток и к помпажу компрессора. The levers with which the rotary guide vanes are connected to the traction ring, due to the manufacturing tolerances, are made of different lengths, and in the absence of control elements, this leads to an increase in effort when the guide vanes rotate and lower efficiency, in the extreme case this can lead to jamming the entire mechanism of rotation of the blades and surge of the compressor.

В результате взаимных радиальных температурных деформаций тягового кольца и наружного корпуса статора компрессора, а также из-за вибрации при работе двигателя на ролики тягового кольца приходится большая нагрузка, что может привести к его радиальной деформации в месте установки оси ролика. As a result of mutual radial temperature deformations of the traction ring and the outer case of the compressor stator, as well as due to vibration during engine operation, the traction ring rollers have a large load, which can lead to radial deformation at the installation site of the roller axis.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении кпд и надежности статора компрессора газотурбинного двигателя за счет компенсации напряжений и исключения деформаций в статоре компрессора, возникающих в процессе работы газотурбинного двигателя. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency and reliability of the stator of a compressor of a gas turbine engine by compensating for stresses and eliminating deformations in the compressor stator that occur during operation of the gas turbine engine.

Сущность изобретения заключается в том, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя с наружным корпусом, в котором установлены поворотные лопатки направляющего аппарата, соединенные с поворотным кольцом, согласно изобретению поворотное кольцо установлено на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца, при этом поворотное кольцо снабжено кольцевыми окружными выступами, соединенными в местах установки роликов крепежным элементом, а в окружных выступах выполнены выборки, причем отношение ширины поворотного кольца к глубине выборки составляет 1,5...4. The essence of the invention lies in the fact that in the compressor stator of a gas turbine engine with an outer casing, in which rotary vanes of the guide apparatus are mounted connected to the rotary ring, according to the invention, the rotary ring is mounted on the housing by means of rollers and a L-shaped ring, while the rotary ring is provided ring circumferential protrusions connected at the places of installation of the rollers by a fastening element, and in the peripheral protrusions made samples, the ratio of the width of the rotary ring to a depth of Borky 1.5 ... 4.

Установка поворотного кольца на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца обеспечивает соосность кольца и корпуса статора компрессора без дополнительной нагрузки на рычаги. При этом Г-образное кольцо, имеющее повышенную радиальную жесткость, способствует сохранению геометрии корпуса, исключает его деформацию, способствует уменьшению радиальных зазоров между статором и ротором, повышая кпд компрессора. The installation of a rotary ring on the housing using rollers and an L-shaped ring ensures the alignment of the ring and the compressor stator housing without additional load on the levers. In this case, the L-shaped ring having increased radial stiffness helps to maintain the geometry of the housing, eliminates its deformation, helps to reduce radial gaps between the stator and rotor, increasing the efficiency of the compressor.

Поворотное кольцо снабжено кольцевыми окружными выступами, соединенными крепежным элементом, что позволяет организовать в местах установки роликов местную жесткую в радиальном направлении "коробочку". воспринимающую радиальную нагрузку от ролика. The rotary ring is equipped with annular circumferential protrusions connected by a fastener, which makes it possible to organize a local “radial box” in the places where the rollers are installed. perceiving radial load from the roller.

Выполнение выборки в окружных выступах глубиной l служит для снижения жесткости ("гибкое кольцо") и обеспечения упругой деформации поворотного кольца и компенсации напряжений. При этом отношение ширины поворотного кольца L к глубине выборки l составляет 1,5...4. Sampling in circumferential protrusions of depth l serves to reduce stiffness ("flexible ring") and to provide elastic deformation of the rotary ring and to compensate for stresses. The ratio of the width of the rotary ring L to the depth of the sample l is 1.5 ... 4.

При L/l<1,5 излишне ослабляется поворотное кольцо, что может привести к его поломке. At L / l <1.5, the rotary ring is too weak, which can lead to breakage.

Соотношение L/l > 4 дает недостаточное снижение веса конструкции и излишнее увеличение жесткости кольца, что приводит к возникновению напряжений и его заклиниванию. The ratio L / l> 4 gives an insufficient reduction in the weight of the structure and an excessive increase in the stiffness of the ring, which leads to stresses and jamming.

Изобретение проиллюстрировано фиг.1-4. The invention is illustrated in figures 1-4.

На фиг. 1 показан продольный разрез статора компрессора газотурбинного двигателя; на фиг.2 представлен вид А на фиг.1 в развертке; на фиг.3 и 4 - сечения Б - Б и В - В на фиг.2 в увеличенном виде соответственно. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a stator of a compressor of a gas turbine engine; figure 2 presents a view a in figure 1 in a scan; figure 3 and 4 - section B - B and C - C in figure 2 in an enlarged view, respectively.

Статор компрессора 1 газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 2 с кольцом 3, в котором с помощью втулок 4 и 5 своими наружными хвостовиками 6 установлены поворотные лопатки 7 поворотного направляющего аппарата 8. Своими внутренними хвостовиками 9 лопатки 7 через втулки 10, 11 и сферическое кольцо 12 установлены во внутреннем кольце 13. The stator of the compressor 1 of the gas turbine engine consists of an outer casing 2 with a ring 3, in which, using the bushings 4 and 5, the rotary blades 7 of the rotary guide apparatus 8 are installed with their outer shanks 6. The blades 7 are inserted with their inner shanks 9 through the bushings 10, 11 and the spherical ring 12 installed in the inner ring 13.

Поворот лопаток 7 осуществляется с помощью рычагов 14, закрепленных на наружных хвостовиках 6 с помощью штифтов 15. The rotation of the blades 7 is carried out using levers 14, mounted on the outer shanks 6 with the help of pins 15.

Другими своими концами рычаги 14 телескопически установлены с помощью радиальных штифтов 15 и сферических колец 16 в поворотном тяговом ведущем кольце 17, которое в свою очередь с помощью роликов 18, закрепленных на кольце 17 в радиальных пазах 19 с помощью осей 20, установлено на наружном Г-образном кольце 21 статора 1. At their other ends, the levers 14 are telescopically mounted using radial pins 15 and spherical rings 16 in a rotary traction drive ring 17, which, in turn, using rollers 18 mounted on the ring 17 in the radial grooves 19 using the axles 20, is mounted on the outer Г- the shaped ring 21 of the stator 1.

Г-образное кольцо 21 установлено на корпусе 2 с помощью неразъемного соединения (например, сварного) и имеет возможность перемещения в радиальном направлении вместе с корпусом 2. The L-shaped ring 21 is mounted on the housing 2 by means of an integral connection (for example, welded) and has the ability to move in the radial direction together with the housing 2.

Через прямоугольную в поперечном сечении головку 22 оси 20 кольцевые окружные выступы 23 и 24 поворотного кольца 17 связаны между собой в радиальном направлении с помощью крепежного элемента 25, например, заклепками. Through the rectangular cross-sectional head 22 of the axis 20, the annular circumferential protrusions 23 and 24 of the rotary ring 17 are connected to each other in the radial direction by means of a fastening element 25, for example, rivets.

В поворотном кольце 17 между окнами 19 в кольцевых выступах 23, 24 выполнены радиальные выборки 26, 27 глубиной l. In the rotary ring 17 between the windows 19 in the annular protrusions 23, 24 made radial samples 26, 27 of a depth l.

Поворотное кольцо 17 перемещается с помощью электрического или механического исполнительного механизма (не показан). The rotary ring 17 is moved by an electric or mechanical actuator (not shown).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При работе двигателя лопатки 7 поворотного направляющего аппарата 8 обтекаются нагретым за счет работы сжатия воздухом. При этом наружный корпус 2 статора 1 также нагревается, радиально деформируясь совместно с Г-образным кольцом 21, дополнительно нагружая ролики 18. Т.к. кольцевые окружные выступы 23 и 24 поворотного кольца 17 связаны между собой с помощью заклепки 25, образуя в сечении жесткую "коробочку", то нагрузка от ролика 18 на кольцо 17 передается равномерно и без пластической деформации выступов 23, 24. When the engine is running, the blades 7 of the rotary guide vane 8 are surrounded by heated air due to the compression work. In this case, the outer casing 2 of the stator 1 also heats up, radially deforming together with the L-shaped ring 21, additionally loading the rollers 18. Since ring circumferential protrusions 23 and 24 of the rotary ring 17 are interconnected using rivets 25, forming a rigid “box” in cross section, then the load from the roller 18 to the ring 17 is transmitted evenly and without plastic deformation of the protrusions 23, 24.

Благодаря выборкам 26, 27 поворотное кольцо 17 упруго деформируется в радиальном направлении, парируя температурную деформацию корпуса 2 с Г-образным кольцом 21, и в осевом направлении, парируя разноразмерность рычагов 14 по их длинам. Thanks to the samples 26, 27, the rotary ring 17 is elastically deformed in the radial direction, counteracting the temperature deformation of the casing 2 with the L-shaped ring 21, and in the axial direction, parrying the different sizes of the levers 14 along their lengths.

Соосность поворотного кольца 17 и корпуса 2 статора 1 компрессора сохраняется, так же как и геометрические размеры корпуса 2, а Г-образные кольца повышают радиальную жесткость корпуса 2, что обеспечивает минимальные радиальные зазоры между статором и ротором. The alignment of the rotary ring 17 and the casing 2 of the compressor stator 1 is maintained, as well as the geometric dimensions of the casing 2, and the L-shaped rings increase the radial stiffness of the casing 2, which ensures minimal radial clearance between the stator and the rotor.

Источники информации
1. Вьюнов С. А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр.114, рис.3.54.Sources of information
1. Vyunov S. A. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 114, Fig. 3.54.

2. Вьюнов С. А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр.116, рис.3.55в. 2. Vyunov S. A. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 116, Fig. 3.55c.

Claims

A compressor stator of a gas turbine engine with an outer casing in which rotary vanes of the guide apparatus are mounted connected to the rotary ring, characterized in that the rotary ring is mounted on the housing by means of rollers and an L-shaped ring, wherein the rotary ring is provided with annular circumferential protrusions connected to the places of installation of the rollers by the fastening element, and in the circumferential protrusions, samples are made, and the ratio of the width of the rotary ring to the depth of the sample is 1.5-4.